Với việc thế giới đang nỗ lực thoát khỏi phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, việc tìm tòi cách thức mới tạo ra năng lượng sạch ngày càng được quan tâm. Mặc dù các nhà máy điện gió, điện mặt trời đang phát triển khá nhanh, nhưng việc sản xuất điện từ nguồn năng lượng này thường bị ảnh hưởng bởi vấn đề thời tiết.
Trong khi đó, phát triển năng lượng đại dương đang trong giai đoạn đầu so với năng lượng gió và năng lượng mặt trời. Các dòng hải lưu gần như liên tục, có thể cung cấp năng lượng không gián đoạn nếu khai thác được. Một số phương pháp tiếp cận khác nhau được phát triển để khai thác nguồn năng lượng sạch này.
Tuy nhiên, song song với tiến bộ công nghệ, chúng ta vẫn cần biết nên triển khai ở đâu để có hiệu quả tối đa. Một thách thức là xác định các địa điểm khả thi nhất về mặt kinh tế cho các dự án năng lượng từ dòng hải lưu.
Đây chính là vấn đề mà một nhóm nghiên cứu từ Khoa Kỹ thuật và khoa học máy tính tại Đại học Florida Atlantic (FAU), Hoa Kỳ muốn giải quyết.
Dữ liệu ba thập kỷ
Nghiên cứu độc đáo này cung cấp đánh giá toàn cầu toàn diện nhất về tiềm năng năng lượng dòng hải lưu tính cho đến nay. Trong bài báo công bố trên tạp chí Renewable Energy, cho thấy họ đã nghiên cứu các dòng hải lưu trên khắp thế giới, tập trung vào mật độ năng lượng và sự thay đổi của chúng theo thời gian và vị trí.
Các nhà nghiên cứu sử dụng dữ liệu thu thập từ Chương trình Global Drifter (GDP) của Cơ quan quản lý khí quyển và đại dương quốc gia (NOAA) Hoa Kỳ. GDP có 1.250 phao theo dõi vệ tinh để đo dòng hải lưu và vị trí của chúng.
Để phục vụ nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu sử dụng khoảng 43 triệu điểm dữ liệu thu thập từ ba thập kỷ qua, tháng 3/1988 đến tháng 9/2021, và tập trung vào bốn khu vực là: Đông Nam Hoa Kỳ; Brazil và Guiana thuộc Pháp; Nam Phi; Đông Á.
Sàng lọc dữ liệu về dòng hải lưu, nhóm nghiên cứu phát hiện địa điểm lý tưởng có khả năng tạo ra năng lượng tái tạo. Bờ biển phía đông Florida, Hoa Kỳ và ngoài khơi Nam Phi là nơi có mật độ năng lượng cao nhất, có thể tạo ra hơn 2.500 watt điện trên một mét vuông (W/m2), cao hơn nhiều so với năng lượng từ một nhà máy điện gió được đánh giá là “tuyệt vời”.
Dòng hải lưu là nguồn dự trữ năng lượng tái tạo khổng lồ
Nghiên cứu này cũng chỉ ra nguồn năng lượng dòng hải lưu khổng lồ ở những nơi khác trên thế giới. Các khu vực có mật độ năng lượng cao, hơn 2.000 W/m2, được tìm thấy ở ngoài khơi bờ biển đông nam Hoa Kỳ từ Florida đến Bắc Carolina và dọc bờ biển phía đông và đông nam châu Phi (Somalia, Kenya, Tanzania, Nam Phi, Madagascar).
Mật độ năng lượng thấp hơn xuất hiện ở phía đông Thái Bình Dương (Nhật Bản, Việt Nam, Philippines), bắc Nam Mỹ (Brazil và Guiana thuộc Pháp) và bờ biển phía đông Australia.
Nhóm nghiên cứu phát hiện, 75% tổng số khu vực có mật độ năng lượng cao, bao phủ khoảng 490.000 km2 đại dương, có mức năng lượng thay đổi từ 500 - 1.000 W/m2. Điều này cho thấy tiềm năng lớn khai thác năng lượng từ dòng hải lưu để sản xuất năng lượng bền vững.
Các phát hiện cũng cho thấy các khu vực như Nam Phi và Nhật Bản, mặc dù có mật độ năng lượng cao, nhưng gặp nhiều thách thức do vùng nước sâu hơn và mô hình dòng chảy phức tạp. Với khu vực nước sâu (1.000 mét trở lên), việc khai thác năng lượng sẽ khó khăn hơn.
Nghiên cứu chỉ ra mật độ năng lượng dòng hải lưu có sự thay đổi theo mùa. Vào những tháng ấm hơn ở Bắc bán cầu (tháng 6 đến tháng 8), mật độ năng lượng cao hơn xuất hiện ở vùng nước nông ven bờ ngoài khơi Florida, Nhật Bản và bắc Brazil. Tương tự, mật độ năng lượng cao nhất ở Nam Phi xảy ra trong những tháng ấm hơn (tháng 12 đến tháng 2).
Ba yếu tố chính quyết định xem một địa điểm có phù hợp để khai thác dòng hải lưu hay không là tốc độ dòng chảy, khoảng cách từ bờ biển và độ sâu của nước. Theo nhóm nghiên cứu, thiết kế và vị trí đặt turbine phụ thuộc vào mối quan hệ giữa độ sâu và mật độ năng lượng.
Các dòng hải lưu mạnh nằm gần bề mặt biển, nơi độ sâu của nước thường dao động từ 250 mét đến hơn 3.000 mét. Điều này khiến việc vận hành, neo đậu và độ ổn định của turbine là một thách thức, làm tăng thêm sự phức tạp và chi phí triển khai. Các nhà nghiên cứu lưu ý những phát triển về công nghệ như vậy, có thể có tác động đáng kể đến sinh thái biển.
Những phát hiện từ nghiên cứu này nhấn mạnh đến việc cân nhắc kỹ lưỡng các đặc điểm và các biến số dòng hải lưu, giúp năng lượng dòng hải lưu có thể được tích hợp hiệu quả vào bối cảnh quy mô của năng lượng tái tạo, cách mà thế giới có thể sử dụng năng lượng sạch hơn.
